Российские ученые разработали нейросеть для проектирования регуляторных элементов ДНК

Исследовательская группа из Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» создала генеративную нейронную сеть, способную конструировать промоторы и энхансеры — ключевые участки генома, управляющие активностью генов. Новая разработка, как полагают авторы, может стать востребованным инструментом в области генной инженерии и синтетической биологии, позволяя создавать молекулярные конструкции с точно заданными характеристиками.

Особенность предложенного подхода заключается в том, что он оперирует непосредственно нуклеотидными последовательностями, избегая этапа преобразования ДНК в числовые форматы, который часто приводит к искажениям. Благодаря методу дискретного сопоставления потоков алгоритм учится генерировать регуляторные участки на уровне отдельных генетических «букв», что значительно повышает точность предсказаний и позволяет получать функционально активные варианты.

Для обучения модели исследователи подготовили обширные выборки генетических данных, включающие 100 тысяч человеческих промоторов, 89 тысяч энхансеров из меланомных клеток и 105 тысяч регуляторных последовательностей из генома плодовой мушки. Тестирование подтвердило, что новая нейросеть превосходит большинство существующих аналогов, особенно в части генерации промоторов и работы с раковыми клеточными линиями.

Как пояснила руководитель проекта Мария Попцова, способность целенаправленно синтезировать такие элементы открывает перспективы для точечной активации генов в определенных тканях, что критически важно для разработки адресных терапевтических стратегий и создания клеточных культур для промышленного производства биологически активных молекул. В перспективе это позволит не только лечить наследственные заболевания, но и управлять метаболизмом клеток на принципиально новом уровне.